In dieser Arbeit werden die grundlegenden Wachstumsprozesse von Ga2O3 , mittels Transmissionselektronenmikroskopie analysiert. Dazu gehört die Untersuchung des heteroepitaktischen Wachstums von Galliumoxidschichten welche mittels Molekularstrahlepitaxie (molekular beam epitaxy MBE), der gepulsten Laser Abscheidung (pulsed laser deposition (PLD)) und der metallorganischen Gasphasenepitaxie (metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE)) auf (0001) orientierte Saphir Substraten abgeschieden wurden. Heteroepitaktisches Wachstum von Ga2O3 auf Saphir (0001) erfolgt bis zu einer Dicke von 3 Monolagen pseudomorph als α-Ga2O3 welches durch die Gitterfehlpassung zwischen Galliumoxid und dem Saphire Substrat induzierte Gitterverspannung stabilisiert wir. Weiterhin, im Fokus der Arbeit stehend, wird das homoepitaktische Wachstum von Galliumoxid auf (100) orientierten Galliumoxidsubstraten untersucht. Neben den Besonderheiten des Schichtwachstums, die sich aus den eingesetzten metallorganischen Präkursoren und Sauerstoffquellen ergeben, wird die Schichtstruktur in Abhängigkeit der typischen Wachstumsparameter (Wachstumstemperatur, Wachstumsrate, Kammerdruck und Fehlorientierung des Substrates) analysiert. Dabei wird gezeigt das homoepitaktischen Wachstum auf (100) orientiertem, β-Ga2O3, mittels MOVPE, die kristalline Perfektion der gewachsenen Schichten stark von den verwendeten Präkursoren (Trimethylgallium (TMGa) und Triethylgallium (TEGa) als metallorganische Ausgangsstoffe und H2 O oder purer Sauerstoff als Oxidant) und den chemischen Prozessen an der Oberfläche bestimmt wird. Des Weiteren wird die Entstehung von Zwillingslammelen in abhähngigkeit der Fehlorientierung untersucht. Durch die Einführung von vorbestimmten Fehlorientierungswinkeln der Substrate ist es möglich das Entstehen der Zwillingslamellen zu verhindern, und ein Stufenflusswachstum zu generieren. Durch die Anwendung eines Ratengleichungsansatzes ist es möglich die experimentell beobachteten Dichten an Zwillingslamellen zu erklären und einen Diffusionskoeffizienten zu bestimmen. (i) Heteroepitaktisches Wachstum von Ga2O3 auf Saphir (0001) erfolgt bis zu einer Dicke von 3 Monolagen pseudomorph als alpha-Ga2O3. Oberhalb dieser Schicht wächst relaxiertes ß-Ga2O3 in Form von 3 Rotationsdomänen auf. Die Stabilisation der dünnen alpha-Ga2O3 Schicht wird, durch die Gitterfehlpassung zwischen Galliumoxid und dem Saphire Substrat induzierte Gitterverspannung bewirkt. (ii) Beim homoepitaktischen Wachstum auf (100) orientiertem ß-Ga2O3 mittels MOVPE wird die kristalline Perfektion der gewachsenen Schichten stark von den verwendeten Präkursoren (Trimethylgallium (TMGa) und Triethylgallium (TEGa) als metallorganische Ausgangsstoffe und H2O oder purer Sauerstoff als Oxidant) und den chemischen Prozessen an der Oberfläche bestimmt. Während beim Wachstum mittels TMGa und O2 vorwiegend polykristalline Schichten entstehen, ergeben sich beim Wachstum mittels TMGa und H2O sowie TEGa und O2 geschlossenen epitaktische Schichten. Dieser signifikante Unterschiede lässt sich durch die unterschiedlichen Reaktionswege der Ausgangsstoffe sowie durch die katalytische Wirkung der (100) Flächen des ß-Ga2O3 erklären. (iii) Die Perfektion, mittels MOVPE gewachsener, homoepitaktischer Schichten, auf (100) orientierten Substraten, ist stark von der Fehlorientierung des Substrates bestimmt. Schichten die auf Substraten mit geringen Fehlorientierungen abgeschieden werden (< 2° bei Wachstumstemperaturen < 850°C) sind durch eine hohe Dichte an Zwillingslamellen gekennzeichnet. Die Entstehung der Zwillingslamellen ist ein Resultat eines Doppelpositionierungsprozesses der Atome auf der Oberfläche der Wachstumsebene. Durch die Einführung von vorbestimmten Fehlorientierungswinkeln der Substrate ist es möglich das Entstehen der Zwillingslamellen zu verhindern, und ein Stufenflusswachstum zu generieren. Durch die Anwendung eines Ratengleichungsansatzes, welcher die konkurrierenden Prozesse des Einbaus von Atomen in Oberflächenstufen sowie der Nukleation und des Wachstum von zweidimensionalen Inseln beschreibt, ist es möglich die experimentell beobachteten Dichten an Zwillingslamellen zu erklären und einen Diffusionskoeffizienten zu bestimmen, Dieser ist um zwei Größenordnungen geringer als bei klassischen Halbleitern, wie z. B. GaAs. In dieser Arbeit werden die grundlegenden Wachstumsprozesse von Ga2O3 , mittels Transmissionselektronenmikroskopie analysiert. Dazu gehört die Untersuchung des heteroepitaktischen Wachstums von Galliumoxidschichten welche mittels Molekularstrahlepitaxie (molekular beam epitaxy MBE), der gepulsten Laser Abscheidung (pulsed laser deposition (PLD)) und der metallorganischen Gasphasenepitaxie (metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE)) auf (0001) orientierte Saphir Substraten abgeschieden wurden. Heteroepitaktisches Wachstum von Ga2O3 auf Saphir (0001) erfolgt bis zu einer Dicke von 3 Monolagen pseudomorph als α-Ga2O3 welches durch die Gitterfehlpassung zwischen Galliumoxid und dem Saphire Substrat induzierte Gitterverspannung stabilisiert wir. Weiterhin, im Fokus der Arbeit stehend, wird das homoepitaktische Wachstum von Galliumoxid auf (100) orientierten Galliumoxidsubstraten untersucht. Neben den Besonderheiten des Schichtwachstums, die sich aus den eingesetzten metallorganischen Präkursoren und Sauerstoffquellen ergeben, wird die Schichtstruktur in Abhängigkeit der typischen Wachstumsparameter (Wachstumstemperatur, Wachstumsrate, Kammerdruck und Fehlorientierung des Substrates) analysiert. Dabei wird gezeigt das homoepitaktischen Wachstum auf (100) orientiertem, β-Ga2O3, mittels MOVPE, die kristalline Perfektion der gewachsenen Schichten stark von den verwendeten Präkursoren (Trimethylgallium (TMGa) und Triethylgallium (TEGa) als metallorganische Ausgangsstoffe und H2 O oder purer Sauerstoff als Oxidant) und den chemischen Prozessen an der Oberfläche bestimmt wird. Des Weiteren wird die Entstehung von Zwillingslammelen in abhähngigkeit der Fehlorientierung untersucht. Durch die Einführung von vorbestimmten Fehlorientierungswinkeln der Substrate ist es möglich das Entstehen der Zwillingslamellen zu verhindern, und ein Stufenflusswachstum zu generieren. Durch die Anwendung eines Ratengleichungsansatzes ist es möglich die experimentell beobachteten Dichten an Zwillingslamellen zu erklären und einen Diffusionskoeffizienten zu bestimmen. Des Weiteren wird das Wachstum im Mischsystem (InxGa1-x)2O3 untersucht und gezeigt das Indium als grenzflächenaktive Substanz wirken kann. / In this work we study the basic growth processes of epitaxial Ga2O3 films, by means of transmission electron microscopy. We investigate the heteroepitaxial growth of thin layers Ga2O3 on the (0001) plane of sapphire grown by molecular beam epitaxy (MBE), pulsed laser deposition (PLD) and metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Furthermore, we will focus on the homoepitaxial growth on the (100) plane by MOVPE. Beside the peculiarities of the layer growth dependence on different metal organic precursors and oxygen sources, we investigate the influence of typical growth parameters (i.e. growth temperature, growth-rate, chamber pressure and miscut angle of the substrate) on the layer morphology. Incase of heteroepitaxial growth of β-Ga2O3 on (0001) plane of sapphire, independent of the growth method, the formation of a 3 monolayer thick α-Ga2O3 layer is observed, which is stabilized through strain, as a result of the lattice mismatch between sapphire and α-Ga2O3. In case of homoepitaxial growth by MOVPE on (100) oriented β-Ga2O3, the crystalline quality of the grown layer strongly depends on the used precursor (tri-methyl-gallium (TMGa) or tri-ethyl-gallium (TEGa) as metal precursor and H2O or pure oxygen as oxidant) and the chemical processes on the surface, respectively. Further on is the crystalline perfection of homoepitaxial layers grown by MOVPE on (100) oriented β-Ga2O3 substrates strongly dependent on the miscut-angle of the substrates. Layer grown on substrate with a small miscut-angle (< 2°) show high amount of twin lamella. These twin lamella are a result of a possible double positioning mechanism of ad-atoms on the growth surface. By introducing appropriate miscut-angles of the substrate it is possible to suppress the formation of these twin lamellae, and enable step flow growth. By applying a rate equation approach, describing the competing processes of incorporation of ad-atoms at kink sites or nucleation and growth of two dimensional island, it is possible to quantitatively reproduce the experimentally observed twin lamella densities and to determine a surface diffusion coefficient of the ad-atoms. Furthermore, in case of the alloy system (InxGa1-x)2O3, it is shown that indium can act as an surfactant, by increasing the surface diffusion.

Chemisch dotiertes Polypyrrol gilt als Modellsubstanz für leitfähige Polymere mit nichtdegeneriertem Grundzustand. Das elektrische Transportverhalten in dotiertem Polypyrrol wird durch lokalisierte Ladungsträger, Bipolaronen und Polaronen, bestimmt. Es besteht dabei eine enge gegenseitige Wechselwirkung zwischen der Struktur der Polymerkette und den Eigenschaften der Ladungsträger. Die in dieser Arbeit vorgestellte Kombination von Hochdruckmethodik und optischer Spektroskopie vertieft das Verständnis der Beziehung zwischen der molekularen und supramolekularen Struktur und den elektronischen und optischen Eigenschaften.<br /> Durch spezifische Synthesemethoden lassen sich unterschiedliche Strukturen in der polymeren Probe induzieren, die sich durch den Anteil an hochgeordneten Polymerketten unterscheiden. Die gezielte Veränderung dieser Strukturen durch Druckexperimente ermöglicht das Studium des Einflusses der Synthesemethoden auf die Ladungsträgereigenschaften. Für diese Studien wurden herkömmlich synthetisierte Polypyrrol-Filme und Filme, die sich aus Polypyrrol-Nanoröhren zusammensetzen (Synthese in Kernspur-membranen, &quot;Template-Synthese&quot;) bei ansonsten gleichen Syntheseparametern untersucht. Raman- und Infrarotspektroskopie sowie UV-Vis-NIR-Absorptionsspektroskopie, die jeweils für die Hochdruckmethodik adaptiert wurden, dienten der Charakterisierung der Proben. Zusätzlich wurden temperatur- und druckabhängige Messungen des elektrischen Widerstands an den Template-Proben durchgeführt. Die Morphologie template-synthetisierter Polypyrrol-Nanoröhren und die filmbildenden Eigenschaften sowie der mögliche Aufbau von Schichtarchitekturen wurden mit transmissions- und rasterelektronenmikroskopischen Techniken untersucht. <br /> Die aus den Hochdruckexperimenten gewonnenen Daten werden in der Arbeit im Hinblick auf die Stabilität der Ladungsträger interpretiert. Im Ergebnis bewirkt die Druckerhöhung eine Dissoziation der Bipolaronen in den untersuchten Proben. Das Ladungsträger-gleichgewicht verschiebt sich dadurch mit steigendem Druck zu Zuständen mit höherem Anteil an polaronischen Ladungsträgern. Die Template-Synthese bewirkt gegenüber herkömmlich synthetisierten Proben einen höheren Anteil an Polaronen bereits bei Normaldruck, und eine Lage des Systems näher bei einem Isolator-Metall-Übergang. Die Dissoziationsrate der Bipolaronen ist für Template- und herkömmlich synthetisierte Proben vergleichbar groß und unabhängig vom Initialzustand nach der Synthese. <br /> <br /> Dieses Verhalten der Ladungsträger wird weitergehend im Rahmen eines Modells untersucht, bei dem der Einfluß benachbarter Polymerketten und der Dotandionen berücksichtigt wird. Dementsprechend können sich die Wellenfunktionen der Ladungsträger unter bestimmten Bedingungen auch auf benachbarte Ketten erstrecken (transversale Polaronen bzw. Bipolaronen). Eine solche Ausdehnung der Wellenfunktionen unter Mitwirkung der Dotandionen wurde in den untersuchten Proben nicht festgestellt. Die Wellenfunktionen der Ladungsträger besitzen demnach hauptsächlich Komponenten entlang der Polymerkette (longitudinale Polaronen bzw. Bipolaronen). Aus der Änderungsrate druckabhängiger spektraler Charakteristiken lassen sich Aussagen über den Ordnungszustand der Probe ableiten.<br /> <br /> Diese auf experimentellem Wege gefundenen Ergebnisse liefern somit Hinweise für die bisher kontrovers diskutierte Koexistenz der beiden Ladungsträgerarten Polaronen und Bipolaronen und die Größe ihrer jeweiligen Bindungsenergien. Druckerhöhung und Template-Synthese bewirken analoge Änderungen der Polymerstruktur. Sowohl höherer Druck wie auch die Template-Synthese lassen sich mit einem höheren Ordnungsgrad in den Template-Proben korrelieren.<br /> <br /> Der Ladungstransport in den Proben kann durch ein Mott Variable Range Hopping-Modell mit druckabhängiger charakteristischer Dimension beschrieben werden. Die Erhöhung des Drucks bewirkt einen Anstieg der Dimension, eine bessere Überlappung der Wellenfunktionen der Ladungsträger und eine Vergrößerung der Lokalisierungslänge der Ladungsträger. Die druckinduzierte Dissoziation der Bipolaronen beeinflußt den Ladungstransport zusätzlich durch Erhöhung der Anzahl unabhängiger Ladungsträger und verbessert diesen aufgrund stärkerer Überlappung der Wellenfunktionen. Template-Proben niedriger Synthesetemperatur zeigen bei Normaldruck eine höhere Dimension des Mott Variable Range Hoppings und eine größere Lokalisierungslänge gegenüber bei Raumtemperatur synthetisierten Proben. Kürzere Synthesezeiten bewirken einen Anstieg der Dimension bei Normaldruck und eine Verschiebung des Dimensionscrossovers zu niedrigeren Temperaturen. Template-Proben kurzer Synthesezeit zeigen geringere druckinduzierte Änderungen als solche mit langer Synthesezeit. Es wurde ein kontinuierliches Ordnungsmodell der Polypyrrol-Nanoröhren entwickelt, das dieses Verhalten beschreibt.<br /> <br /> Die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften der Nanoröhren werden durch spezifische Syntheseparameter, wie Temperatur und Dauer, beeinflußt und können mit Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie beobachtet werden. Die filmbildenden Eigenschaften der Röhren hängen stark von diesen mechanischen Eigenschaften ab. Die Struktur der Filme kann dabei von einer unregelmäßigen Anordnung der Röhren bis zu nahezu parallel ausgerichteten Röhren variieren. Es wurden Möglichkeiten untersucht, die Röhren in den Filmen zu orientieren und aus diesen Filmen durch Schichtung makroskopische Architekturen mit einem hohen Grad an orientierten Röhren aufzubauen. Solche Architekturen können für verschiedene Anwendungen, z.B. in elektronischen Bauteilen oder mikroskopischen Bioreaktoren, von Interesse sein. / Chemically doped polypyrrole is a model substance for conducting polymers with non-degenerate ground state. The electrical transport behaviour in doped polypyrrole is determined by localised charge carriers, polarons and bipolarons, respectively. A strong interaction between the structure of the polymer chain and the properties of the carriers exists. In this work the applicability of the combination of high pressure techniques with spectroscopy in the visible spectral range is demonstrated to improve the understanding of the relationship between the molecular and supramolecular structure and the electronic and optical properties.<br /> <br /> The use of specific synthesis methods allows the induction of different structures in the polymeric sample. These structures possess different amounts of highly ordered polymer chains. High pressure experiments are a suitable method to influence the structures in a controlled manner. In this way the effect of the different synthesis methods on the charge carrier properties can be studied. For these investigations polypyrrole films synthesised by ordinary chemical synthesis and films build up of template synthesised polypyrrole nanotubules, respectively, were fabricated under the same chemical synthesis conditions. The characterisation of the samples was carried out by Raman and infrared spectroscopy as well as optical absorption spectroscopy. All spectroscopic methods were adapted for high pressure techniques. Additionally, temperature and pressure dependent measurements of the electrical resistance were performed on the template synthesised samples. The morphology of polypyrrole nanotubules and films consisting of nanotubules as well as architectures built up from these films were examined by transmission and scanning electron microscopy.<br /> <br /> The data obtained from the high pressure experiments are interpreted in view of the stability of the charge carriers. One result is the dissoziation of bipolarons upon pressure increase in the samples under investigation with increasing pressure. The charge carrier equilibrium is shifted to states with larger amount of polarons. Template synthesis, compared with ordinarily synthesised samples, results in a larger amount of polarons at ambient pressure and a position of the samples closer to an insulator-metal transition. The dissoziation rate of bipolarons in template and ordinary synthesised samples is comparable and independent of the initial state after completed synthesis procedure.<br /> <br /> This behaviour of the charge carriers is further investigated in the frame of a model which takes the influence of neighbouring polymer chains and of dopant ions into considerations. According to this model, the wave functions of the charge carriers are also allowed to extend on neighboured chains under certain conditions (transverse polarons or bipolarons, respectively). Such an expansion of the wave functions where dopant ions act as mediating bridges of lower potential cannot be observed in the samples under investigation. Hence, the wave functions of the charge carriers contain mainly components along the polymer chain (longitudinal polarons or bipolarons, respectively). From the alteration rate of pressure dependent spectral characteristics information can be gained on the state of order in the samples.<br /> <br /> These experimental results deliver hints for the up to now controversial discussion on the coexistence of the charge carrier species polarons and bipolarons and the magnitude of their binding energies. Pressure increase and template synthesis yield analogous changes of the polymer structure. High pressure as well as template synthesis can be correlated with a higher degree of order in the samples. <br /> <br /> The charge carrier transport in the samples can be described by a Mott Variable Range Hopping model with a pressure dependent characteristic dimension. The increase of pressure results in an increasing dimension, a larger overlap of the wave function of the charge carriers and an increase of their localisation length. Additionally, pressure induced dissoziation of bipolarons improves the charge carrier transport by increasing the amount of independent charge carriers and larger overlap of the wave functions. Template synthesised samples prepared at lower synthesis temperature show a higher dimension of the Mott Variable Range Hopping and a larger localisation length than samples synthesised at room temperature. Shorter synthesis time results in an increase of the characteristic dimension at ambient pressure and a shift of the dimensional crossover to lower temperatures. Also, these samples show smaller pressure induced changes compared to samples with longer synthesis time. A model is developed describing this behaviour in the frame of a continuous order change in polypyrrole nanotubules.<br /> <br /> The morphology and the mechanical properties of the template synthesised nanotubules are influenced by specific synthesis parameters, e.g. temperature and duration, as can be observed by transmission and scanning electron microscopy. The resulting films formed by the tubules strongly depend on these mechanical properties. The structure of the films can vary between disordered arrangement and almost parallel orientation of the tubules. The possibilities for orienting of the individual tubules in films and for building macroscopic architectures by subsequent stacking of those films were investigated. Such architectures are interesting from an application point of view e.g. in electronic devices and microscopic bioreactors.

Beurteilung von nativen und aufgetauten Spermatozoen fertiler und subfertiler Hengste mit Hilfe der Phasenkontrast- und Transmissionselektronenmikroskopie. Institut für Veterinär-Pathologie der Veterinärmedizinischen Fakultät, Universität Leipzig Reproduktionsmedizinische Einheit der Kliniken der Tierärztlichen Hochschule Hannover In dieser Arbeit wurde die Ultrastruktur von nativen und tiefgefrorenen Spermien mittels Phasenkontrast- und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Für die Beurteilung der Spermienmotilität und der Morphologie von in Formolzitrat fixierten Spermien standen jeweils drei Ejakulate von 50 Hannoveraner Hengsten des Niedersächsischen Landgestüts Celle zur Verfügung. Aus dieser Gruppe wurden drei fertile, drei subfertile Hengste und 6 Hengste mittlerer Fertilität ausgewählt, von denen sowohl die Nativ-Proben als auch eine Tiefgefrierprobe (TG-Probe) für die TEM im Institut für Veterinär-Pathologie der Universität Leipzig gemäß des Standardprotokolls des Institutes aufbereitet wurden. Die Spermien wurden gewaschen und das Seminalplasma der nativen Proben oder der Verdünner der TG-Proben abpipettiert und durch eine 5%-ige Glutaraldehydlösung in einem 0,1 M Kakodylatpuffer (pH 7,2) ersetzt. Die Fixierungslösung wurde anschließend entfernt und das Pellet gewaschen und danach mit Gelatine gemischt. Die spermienreichen Stellen wurden aus der Gelatine herausgeschnitten und in Glutaraldehyd aufbewahrt. Nach einer Nachfixierung in OsO4 und einer Entwässerung in Ethanollösungen erfolgte eine Einbettung in einer Eponmischung. Nach einer Polymerisation von 5 Tagen wurden die eingebetteten Eponblöckchen angetrimmt und die Semi- und Ultradünnschnitte angefertigt. Die Ultradünnschnitte wurden auf ein Kupfergrid gelegt, mit Uranylazetat und Bleizitrat kontrastiert und mit dem Transmissionselektronenmikroskop (Zeiss EM 900, Oberkochem) bei 80 kV analysiert. In den nativen Proben wurden insgesamt 360 Spermien pro Hengst beurteilt, in den TG-Proben 120 Spermien pro Hengst. Die Qualität der elektronenmikroskopischen Aufnahmen war sehr gut, doch die Plasmamembran zeigte fixierungsbedingte Artefakte. Nach dem Auftauen waren die Bilder heller und der Kontrast etwas geringer. Es gab eine Zunahme an Akrosomdefekten, akrosomreagierten Spermien und Beschädigungen der Plasmamembran, der Mitochondrien, sowie der Mantel- und Ringfasern. Durch die Membranbeschädigungen trat auch eine Verringerung der Anzahl proximaler und distaler Zytoplasmatropfen auf. Sowohl geschwollene Akrosome mit einer niedrigeren Dichte der akrosomalen Matrix als auch Mitochondrien mit einer zu hellen mitochondrialen Matrix waren typische Befunde in den TG-Proben. Die Studie der Ultrastruktur und die wahrgenommenen Defekte führten zur Erstellung eines Standardprotokolls für die transmissionselektronenmikroskopische Beurteilung von Hengstspermien. Die Beurteilung mittels TEM sollte aber nicht zu einer quantitativen, sondern zu einer qualitativen Aussage führen. Sie ermöglicht die Diagnose von Kern- (Kerndeformationen und Taschenbildung im Kern) und Akrosomabweichungen (deformierte Akrosome mit oder ohne Vakuolenbildung, abgehobene Akrosome und akrosomreagierte Spermien), Anomalien der Mitochondrien (Unterbrechung der Mitochondrienscheide, zu viele Mitochondrien, anormale Dichte der mitochondrialen Matrix), Defekten des Axonemas (Ordnung oder Anzahl der Mikrotubuli, Mantel- und Ringfasern) und der Anwesenheit immaturer Spermienvorstufen. Diese Methode eignet sich für die Diagnostik subfertiler Hengste mit normalen Spermienparametern bei der routinemäßige Spermienbeurteilung und kann sowohl in nativen als auch in TG-Proben angewendet werden. Im Vergleich zur Phasenkontrastmikroskopie waren die elektronenmikroskopischen Bilder wegen ihrer stärkeren Vergrößerung und der Darstellung innerer Spermienstrukturen viel aussagekräftiger. Für die Beurteilung von Halsansatzdefekten, abweichende Geißelformen und Mehrfachmißbildungen ist die Phasenkontrastmikroskopie die am besten geeignete Methode. / Evaluation of fresh and frozen-thawed semen samples of fertile and subfertile stallions by light microscopy and transmission electron microscopy. Institut of Pathology of the Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Reproduktionsmedizinische Einheit der Kliniken der Tierärztlichen Hochschule Hannover In this study the ultrastructure of fresh and frozen-thawed semen samples of 50 stallions from the National Stud of Lower Saxony (Celle, Germany) were evaluated by light microscopy and transmission electron microscopy (TEM). Three ejaculates of each stallion were available for the motility analysis and the morphological analysis by lightmicroscopy after fixation in formol citrate. Based on the fertility data, the ejaculates of 12 stallions (3 fertile stallions, 3 subfertile stallions and 6 stallions of average fertility) were selected for the morphological analysis by TEM. The native samples and one frozen-thawed sample from these stallions were prepared for the TEM at the Institute of Pathology of the Faculty of Veterinary Medicine, Uni-versity of Leipzig. The sperm cells were washed and the seminal plasma from the native samples and the diluents of the frozen-thawed samples were replaced by a 5%-glutaraldehyde solution in a 0,1 M cacodylate buffer pH 7,2. The fixative was removed, the pellet was washed again and mixed with gelatin. The sperm rich fraction in the gelatin mass was excised and stored in glutaraldehyde. A second fixation in OsO4 was followed by a dehydratation in ethanol and a polymerization phase in epon. After 5 days of polymerization the starred samples were used for semi- and ultratight cuts. The latter were placed on a copper grid, contrasted with uranyl acetate and lead citrate and analyzed with the transmission electron micro-scope (EM 900) by 80 kV. In the fresh samples, 360 sperm cells were examined per stallion, whereas in the frozen-thawed samples only 120 sperm cells per stallion were evaluated. The microscopic pictures were of a high quality. However, the sperm plasma membrane showed some fixation artifacts. In the thawed samples a lower contrast was noticed than in the fresh samples. The sperm cells in the frozen-thawed samples showed an increase in acrosome defects, acrosome reactions, damage of the cell plasma membrane, mitochondria, fibrous sheet and outer dense fibers. The latter defect was associated with a decrease in proximal and distal cytoplasmatic droplets. Swollen acrosomes with a lower matrix density and a bright mitochondrial matrix were typically present in the cryopreserved samples. The ultrastructural defects in these samples, examined by TEM, have led to the development of a standard evaluation protocol with the most common sperm defects in stallion semen. TEM is an expensive and time consuming technique, which cannot be used to obtain quantitative results, but is considered as an accurate method for the qualitative examination of semen samples in cases of unexplained subfertility. TEM can especially be recommended for the diagnosis of nuclear (nuclear malformations and pouches) and acrosomal defects (acrosome deformations, acrosome vacuoles, detached acrosomes and acrosome reactions), mitochondrial (mitochondrial sheet defects, mitochondrial proliferation, decrease in mitochondrial matrix density) and axonema malformations (anormal position or quantity of microtubules and fibrous sheet or outer dense fibers defects) and the detection of immature sperm cells in ejaculates. The results of this study state that TEM can be useful for the evaluation of both fresh and frozen-thawed semen samples. Compared to the light microscopic evaluation of stallion sperm, the TEM images give more precise information because of their higher magnification rate and the ability to reveal internal sperm structures. However, light microscopy remains the best method to detect sperm neck defects, deformed tailes and sperm cells with multiple heads or tails.

Die vorliegende Arbeit untersucht Struktur und Mn-Wertigkeit von La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO)/SrTiO3 (STO)-Dünnschichten, die mit außeraxialer gepulster Laserdeposition auf STO(0 0 1)-Substrat abgeschieden wurden. Aufgrund der hohen Spinpolarisation der Ladungsträger und der hohen Curie-Temperatur von LSMO sowie der geringen Gitterfehlpassung zwischen LSMO und STO erscheinen solche Dünnschichtsysteme interessant für magnetoresistive elektronische Bauelemente wie LSMO/STO/LSMO-Tunnelkontakte. Da das mit steigender Temperatur rasch abnehmende Magnetwiderstandsverhältnis derartiger Tunnelkontakte vor allem auf die atomistische Struktur der LSMO/STO-Grenz?fläche und den damit gekoppelten Ladungszustand der Mn-Ionen zurückgeht, stellt diese Arbeit eine hoch ortsaufgelöste Charakterisierung von Kristallstruktur und Mn-Wertigkeit mit im TEM aufgezeichneten Abbildungen und Elektronen-Energieverlust-Ionisationskanten vor. Der hinsichtlich des Einfl?usses auf die Qualität der Messdaten durchgeführte Vergleich verschiedener TEM-Präparationsverfahren zeigt, dass die konventionell ionengedünnten Querschnitte geringere Verbiegungen aufweisen als die mit fokussiertem Ionenstrahl präparierten und daher besser für die hochau?flösende TEM geeignet sind. Zur Quantifizierung der Mn-Wertigkeit werden die O-K- und Mn-L2,3-Nahkantenfeinstrukturen herangezogen, die sich in charakteristischer Weise mit dem Sr-Gehalt x und damit der Mn-Valenz in La1-xSrxMnO3 ändern. Hierbei reagieren die Kantenenergieabstandsmaße am empfindlichsten auf die Mn-Wertigkeit und ermöglichen eine Valenzbestimmung mit einer Genauigkeit von bis zu ?0,08. Die für das Innere der untersuchten LSMO-Schichten ermittelte Mn-Wertigkeit stimmt mit dem nominalen Wert von 3,3 überein, wohingegen an manchen LSMO/STO-Grenz?flächen zwischen Substrat und Schicht sowie zwischen den Schichten von Multilagen eine Reduktion um 0,1...0,2 zu beobachten ist. Dies kann auf eine La0,7Sr0,3O/TiO2-terminierte Grenz?fläche zurückgeführt werden und deutet darauf hin, dass sich die abschließenden Atomlagen messbar auf die grenzfl?ächennahe Mn-Wertigkeit auswirken. Weiterhin äußert sich der Ein?fluss der Grenz?fläche in dem Auftreten einer Schulter an der Flanke geringeren Energieverlusts der Mn-L3-Kante. Hierfür werden mögliche Ursachen wie Gitterdeformationen und Sauerstoffleerstellen diskutiert. Die geometrische Phasenanalyse von HRTEM-Aufnahmen und TEM-Hellfeldaufnahmen belegen eine tetragonale Verzerrung des LSMO-Schichtkristalls, der aus nadelförmigen Zwillingsdomänen besteht. Aus hochaufgelösten Raster-TEM-Abbildungen mit den unter großem Winkel gestreuten Elektronen geht hervor, dass die LSMO/STO-Grenz?flächen eine kohärente, gelegentlich mit Elementarzellenstufen versehene Gitterstruktur aufweisen. Insbesondere vermitteln die Stufen (Einfach- und Mehrfachstufen) die wellige Struktur der LSMO/STO-Multilagen. Schließlich wird gezeigt, dass die mit konvergenter Beugung bestimmte Fehlorientierung zwischen LSMO-Schicht und STO-Substrat bei geringer durchstrahlter Dicke der TEM-Lamelle die erwartete Netzebenenneigung der Zwillinge übersteigt. Dafür wird eine nachträgliche Relaxation der LSMO-Schicht während der Ionendünnung verantwortlich gemacht.

Es werden die physikalischen Grundlagen zur inelastischen Streuung mittelschneller Elektronen im Hinblick auf die Untersuchung des Energieverlustes beschrieben. Die instrumentellen Grundlagen der Energieverlust-Spektroskopie unter besonderer Berücksichtigung des Einsatzes in Transmissionselektronenmikroskopen werden erläutert. Der Einfluß des erfaßsten Streuwinkelbereichs wird diskutiert. Es werden Möglichkeiten zur Auswertung von Energieverlustmessungen im Bereich der Interbandübergangs- und Plasmonanregungen sowie im Bereich der Anregung von tieferliegenden (Rumpf-)Zuständen angegeben. Zur Anwendung der Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie werden einige Beispiele angeführt. Von Messungen an ionengestützt abgeschiedenen Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Stickstoff-Schichten werden Aussagen zur elektronischen und atomaren Struktur abgeleitet. Diese Ergebnisse werden unter Berücksichtigung relevanter Strukturmodelle und Abscheideparameter diskutiert. Aus Untersuchungen von Bornitridschichten wird eine vertikale Schichtung von kubischem Bornitrid über hexagonal koordiniertem verifiziert. Die Streuphase des bei der Ionisation des Al-1s-Zustandes entstehenden Sekundärelektrons bei der Rückstreuung an den nächsten Nachbarn wird durch Untersuchung der kantenfernen Feinstruktur bestimmt. Weitere Untersuchungen kantennaher Feinstrukturen an einer amorphen SiCrAl-Schicht sowie an Kohlenstoffschichten werden vorgestellt. Mögliche Einflüsse kovalenter Bindungen auf die Ergebnisse werden dabei diskutiert. Schließlich werden räumlich hochauflösende Energieverlustmessungen vorgestellt, die zum Nachweis etwa 2 nm dicker Vanadiumoxidschichten auf Rutilkristalliten führten.

Die vorliegende Arbeit untersucht Struktur und Mn-Wertigkeit von La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO)/SrTiO3 (STO)-Dünnschichten, die mit außeraxialer gepulster Laserdeposition auf STO(0 0 1)-Substrat abgeschieden wurden. Aufgrund der hohen Spinpolarisation der Ladungsträger und der hohen Curie-Temperatur von LSMO sowie der geringen Gitterfehlpassung zwischen LSMO und STO erscheinen solche Dünnschichtsysteme interessant für magnetoresistive elektronische Bauelemente wie LSMO/STO/LSMO-Tunnelkontakte. Da das mit steigender Temperatur rasch abnehmende Magnetwiderstandsverhältnis derartiger Tunnelkontakte vor allem auf die atomistische Struktur der LSMO/STO-Grenz?fläche und den damit gekoppelten Ladungszustand der Mn-Ionen zurückgeht, stellt diese Arbeit eine hoch ortsaufgelöste Charakterisierung von Kristallstruktur und Mn-Wertigkeit mit im TEM aufgezeichneten Abbildungen und Elektronen-Energieverlust-Ionisationskanten vor. Der hinsichtlich des Einfl?usses auf die Qualität der Messdaten durchgeführte Vergleich verschiedener TEM-Präparationsverfahren zeigt, dass die konventionell ionengedünnten Querschnitte geringere Verbiegungen aufweisen als die mit fokussiertem Ionenstrahl präparierten und daher besser für die hochau?flösende TEM geeignet sind. Zur Quantifizierung der Mn-Wertigkeit werden die O-K- und Mn-L2,3-Nahkantenfeinstrukturen herangezogen, die sich in charakteristischer Weise mit dem Sr-Gehalt x und damit der Mn-Valenz in La1-xSrxMnO3 ändern. Hierbei reagieren die Kantenenergieabstandsmaße am empfindlichsten auf die Mn-Wertigkeit und ermöglichen eine Valenzbestimmung mit einer Genauigkeit von bis zu ?0,08. Die für das Innere der untersuchten LSMO-Schichten ermittelte Mn-Wertigkeit stimmt mit dem nominalen Wert von 3,3 überein, wohingegen an manchen LSMO/STO-Grenz?flächen zwischen Substrat und Schicht sowie zwischen den Schichten von Multilagen eine Reduktion um 0,1...0,2 zu beobachten ist. Dies kann auf eine La0,7Sr0,3O/TiO2-terminierte Grenz?fläche zurückgeführt werden und deutet darauf hin, dass sich die abschließenden Atomlagen messbar auf die grenzfl?ächennahe Mn-Wertigkeit auswirken. Weiterhin äußert sich der Ein?fluss der Grenz?fläche in dem Auftreten einer Schulter an der Flanke geringeren Energieverlusts der Mn-L3-Kante. Hierfür werden mögliche Ursachen wie Gitterdeformationen und Sauerstoffleerstellen diskutiert. Die geometrische Phasenanalyse von HRTEM-Aufnahmen und TEM-Hellfeldaufnahmen belegen eine tetragonale Verzerrung des LSMO-Schichtkristalls, der aus nadelförmigen Zwillingsdomänen besteht. Aus hochaufgelösten Raster-TEM-Abbildungen mit den unter großem Winkel gestreuten Elektronen geht hervor, dass die LSMO/STO-Grenz?flächen eine kohärente, gelegentlich mit Elementarzellenstufen versehene Gitterstruktur aufweisen. Insbesondere vermitteln die Stufen (Einfach- und Mehrfachstufen) die wellige Struktur der LSMO/STO-Multilagen. Schließlich wird gezeigt, dass die mit konvergenter Beugung bestimmte Fehlorientierung zwischen LSMO-Schicht und STO-Substrat bei geringer durchstrahlter Dicke der TEM-Lamelle die erwartete Netzebenenneigung der Zwillinge übersteigt. Dafür wird eine nachträgliche Relaxation der LSMO-Schicht während der Ionendünnung verantwortlich gemacht.

Das Ziel der Arbeit war die Weiterführung der Substrukturanalyse von plastisch verformten metallischen Werkstoffen mit kubischer Struktur auf der Basis des Disklinationskonzeptes unter Berücksichtigung unterschiedlicher homologer Temperaturen und Stapelfehlerenergien. Die Untersuchungen wurden an Stauchproben von Wolfram, Aluminium und der Legierung Inconel 718 mit Hilfe der TEM, der REM (EBSD) und der röntgenografischen Profilanalyse durchgeführt. Bei allen drei Werkstoffen konnten im Temperatur- und Umformbereich T/Ts&amp;lt;=0,3, Deformation&amp;gt;=0,3 auf der Basis von lokalen TEM-Desorientierungsmessungen Partialdisklinationen identifiziert und ihre Frankvektoren bzw. Defektstärken bestimmt werden. Die Ergebnisse der EBSD-Untersuchungen und der Röntgendiffraktometrie sind mit den TEM-Beobachtungen kompatibel und zeigen, dass die Kombination der drei Methoden für die systematische Substrukturanalyse an stark verformten Werkstoffen gut geeignet ist.

Es werden die physikalischen Grundlagen zur inelastischen Streuung mittelschneller Elektronen im Hinblick auf die Untersuchung des Energieverlustes beschrieben. Die instrumentellen Grundlagen der Energieverlust-Spektroskopie unter besonderer Berücksichtigung des Einsatzes in Transmissionselektronenmikroskopen werden erläutert. Der Einfluß des erfaßsten Streuwinkelbereichs wird diskutiert. Es werden Möglichkeiten zur Auswertung von Energieverlustmessungen im Bereich der Interbandübergangs- und Plasmonanregungen sowie im Bereich der Anregung von tieferliegenden (Rumpf-)Zuständen angegeben. Zur Anwendung der Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie werden einige Beispiele angeführt. Von Messungen an ionengestützt abgeschiedenen Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Stickstoff-Schichten werden Aussagen zur elektronischen und atomaren Struktur abgeleitet. Diese Ergebnisse werden unter Berücksichtigung relevanter Strukturmodelle und Abscheideparameter diskutiert. Aus Untersuchungen von Bornitridschichten wird eine vertikale Schichtung von kubischem Bornitrid über hexagonal koordiniertem verifiziert. Die Streuphase des bei der Ionisation des Al-1s-Zustandes entstehenden Sekundärelektrons bei der Rückstreuung an den nächsten Nachbarn wird durch Untersuchung der kantenfernen Feinstruktur bestimmt. Weitere Untersuchungen kantennaher Feinstrukturen an einer amorphen SiCrAl-Schicht sowie an Kohlenstoffschichten werden vorgestellt. Mögliche Einflüsse kovalenter Bindungen auf die Ergebnisse werden dabei diskutiert. Schließlich werden räumlich hochauflösende Energieverlustmessungen vorgestellt, die zum Nachweis etwa 2 nm dicker Vanadiumoxidschichten auf Rutilkristalliten führten.

We present a colloidal synthesis of quaternary Cu–Zn–In–S (CZIS) nanoplatelets (NPLs) by means of partial cation exchange. Starting with the synthesis of highly monodisperse binary CuS NPLs with lateral dimensions of ∼64 nm and thickness of ∼5 nm, we further performed a cation exchange reaction in which copper was partly replaced by indium, leading to Cu–In–S NPLs. To enhance the stability of the resulting NPLs and to improve their optical properties, we carried out the ZnS shell growth via both the heterogeneous nucleation of ZnS on the NPLs and via partial cation exchange on the surface of the particles. The latter reaction resulted, however, in rather an alloyed than the core/shell structure, whereas the reaction between zinc and sulfur precursors yielded unusual cookie-like hexagonal shaped structure, in which ZnS trigonal extensions grew only on one of the basal planes of the plates along the thickness direction. Upon ZnS growth, the lateral dimensions of the resulting core/shell CZIS/ZnS and alloyed CZIS NPLs distinctly increased to ∼80 and ∼75 nm, respectively. The analysis of the optical properties of the alloyed CZIS NPLs showed photoluminescence (PL) in the range from 780 to 820 nm depending on the reaction time and temperature. This PL signal originated mainly from small nanoparticles formed as a byproduct in the synthesis. In contrast to the alloyed NPLs, PL measurements of the core/shell CZIS/ZnS platelets showed a weak emission in the near-infrared region (PL maximum at approx. 1110 nm), which so far has rarely been reported for the copper chalcogenide-based two-dimensional structures.

Wir untersuchen die Phasenbildung von Festkörperlösungen von (InxGa1-x)2O3 experimentell mittels Transmissionselektronenmikroskopie und stützen uns bei der Modellierung auf die Clusterexpansion. Epitaktische (InxGa1-x)2O3 Schichten auf kristallinen Substrate sind durch ausgeprägte Ordnung auf den Kationenuntergittern gekennzeichnet, bei welchem In und Ga sich auf Gitterplätze einbauen auf denen sie die energetisch günstigste Koordination zum Sauerstoff einnehmen. Ausgehend von diesem Befund, modifizieren wir das Modells der idealen Mischung so dass wir die Konfigurationsentropie auf den kationischen Untergittern mit spezifischer Koordinations getrennt betrachten um diese realistisch zu berechnen. Das resultierende Phasendiagramm ist durch enge thermodynamisch Stabilitätsbereiche für die jeweiligen Phasen gekennzeichnet, weil sich gleichzeitig große metastabile Zusammensetzungsbereiche ergeben bei Temperaturen die typisch für epitaktisches Wachstum sind: so ist die monokline Phase im Zusammensetzungsbereich x<0.5 metastabil, die hexagonale Phase für 0.55<x<0.7 und die kubische Bixbyit-Phase für x>0.91. Wird amorphes (InxGa1-x)2O3 kristallisiert in-situ im TEM, bildet sich im Zusammensetzungbereich bis x<0.22 die Spinellphase, die als ungeordnete Variante der monoklinen Phase beschrieben wird. Oberhalb dieser Zusammensetzung ist die kubische Phase stabil. Ursache hierfür ist der Einfluss der maximale Menge an Konfiguartionsentropie auf die Bildungsenthalpie in Strukturen mit vielfältigem Koordinationsumgebungen der Kationen. Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit dem Einflusses der Gitterordnung auf den Materialkontrast bei der Abbildung mittels HAADF (High Angle Annular Dark Field) STEM. Hier wird gezeigt, dass die Anregung des 2s-Bloch-Wellen-Zustands zu langperiodsichen Kontrastoszillationen führt, die die quantitaive Bestimmung der Zusammensetzung mittels Z-Kontrast erschwert es aber erlaubt den Ordnungsparameter bei bekaannter Zusammensetzung zu messen. / We investigate the phase formation in (InxGa1-x)2O3 solid solutions experimentally by means of transmission electron microscopy (TEM) and with computational support using cluster expansion. In the case of epitaxial growth on crystalline substrates, we find strong ordering on the cation sublattices of (InxGa1-x)2O3, energetically driven by the tendency of In and Ga to each assume their preferred coordination environment. Based on this experimental finding, we modify the model of the ideal mixture by considering the configurational entropy on the respective cation sublattices with different coordination separately in order to calculate it realistically. The resulting phase diagram is characterized by narrow thermodynamically stable ranges for each phase, while wide composition ranges of metastable compounds are predicted, which can be achieved at temperatures typical for epitaxy: the monoclinic phase is metastable in the composition range x<0.5, the hexagonal phase for 0.55<x<0.7, and the cubic bixbyite phase for x>0.91. If amorphous (InxGa1-x)2O3 is crystallized in-situ in the TEM, the spinel phase, which is described as a disordered variant of the monoclinic phase, is formed in the composition range up to x<0.22, while above this composition, the bixbyite phase is stable. This shift in stability is explained by the maximum amount of configurational entropy present during crystallization, which strongly influences the formation enthalpy in structures with diverse coordination environments of the cations. The last part of the work deals with the influence of the lattice order on the material contrast when imaging by HAADF (High Angle Annular Dark Field) STEM. It is shown that the excitation of the 2s-Bloch wave state leads to long-period contrast oscillations, which complicate the quantitative determination of the composition by Z-contrast but allows to quantify the order parameter for a given composition.